材料受到强冲击会产生闪光和等离子体效应。 通过超高速碰撞实验并结合多种先进测试手段, 推导出了适用于计算超高速碰撞产生等离子体电离度的沙哈(Saha)公式, 为超高速碰撞过程中弹丸和靶板的物质组成分析提供了强有力的工具。 基于二级轻气炮加载系统结合等离子体特征参量诊断的Triple Langmuir probe诊断系统和光谱辐射测量的ESA4000光谱仪系统, 进行了3种不同碰撞速度条件下的超高速碰撞实验。 实验结果表明, 超高速碰撞2A12铝靶产生闪光辐射中包含Al+的光谱辐射； 通过实验数据的解析进一步揭示了光谱强度与弹丸速度的关系。 随着弹丸速度的增加, Al+的辐射光谱强度增大, 由2A12铝激发的Al+光谱中小波长所对应谱线的辐射光谱强度比长波长所对应谱线的辐射光谱强度增加更快。 关于2A12铝靶在超高速撞击载荷下产生铝离子的光谱辐射特征以及辐射温度研究在航天器防护空间碎片、 导弹拦截、 天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值, 此外, 等离子体的特征参量测量和光谱辐射特征研究, 对于在微观层面深刻揭示超高速碰撞现象具有重要的理论意义。

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征, 利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统, 采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现, 电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点, 电子在能级及其附近运动; 原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大, 电子在能级轨道周围出现的几率较小; Al的原子光谱都出现一定的展宽, 验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大, 在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快, 波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。

为研究超高速碰撞天然白云石板产生闪光温度衰减阶段的演化特征, 利用二级轻气炮和瞬态光纤高温计, 进行入射角度(与靶板平面的夹角)为45°、碰撞速度分别为1.9, 4.2 km/s两种条件下的超高速碰撞实验。根据冲击波理论, 推导出超高速碰撞天然白云石板产生闪光温度衰减阶段的半理论半经验公式。分析结果表明, 弹丸撞击靶板的速度越高, 闪光辐射温度衰减的持续时间越长。闪光辐射温度衰减阶段的理论推导与实验数据一致性较好, 闪光辐射温度衰减阶段的理论推导可对类似碰撞问题闪光辐射温度衰减阶段进行预估。

推导了碰撞产生闪光的射流起爆模型，并利用建立的光纤瞬态高温计测量系统和二级轻气炮加载系统，进行了碰撞速度相近、弹丸入射角度分别为45°和60°(与靶板平面的夹角)时球状铝丸超高速碰撞天然白云石板产生闪光现象的实验测试。实验结果表明：当弹丸为LY12铝、靶板为20 mm厚的天然白云石板，碰撞速度分别为1.86 km/s和1.96 km/s时，弹丸入射角度为45°时的闪光强度峰值大于弹丸入射角度为60°时的闪光强度峰值。

为了研究超高速碰撞产生闪光辐射的速度及角度效应,利用建立的瞬态光纤高温计测量系统结合二级轻气炮加载系统,进行了6种实验条件下的超高速碰撞实验。每组实验使用一组光纤探头,基于实验所获原始数据结合标定,通过Matlab编程处理得到了给定实验条件及光纤探头安装条件下,超高速碰撞LY12铝靶产生的闪光辐射与碰撞速度和弹丸入射角度的关系。实验结果表明,超高速碰撞LY12铝靶产生的闪光辐射在温度峰值出现前近似与碰撞速度和弹丸入射角度(弹道与靶板平面的夹角)正弦乘积的平方成正比；碰撞闪光辐射在温度峰值出现后近似与碰撞速度和弹丸入射角度正弦乘积的0.75次幂成正比,与理论推导结果基本吻合。

为了研究超高速碰撞产生等离子体的粒子能量对航天器电路中元器件的毁伤，获得超高速碰撞产生等离子体粒子能量的时空分布特性是十分必要的。基于超高速碰撞产生稀薄等离子体中带电粒子的运动速度、等离子体的扩散特点，推导出等离子体的粒子能量密度与带电粒子密度及带电粒子运动速度的关系式。进而通过对超高速碰撞2024-T4铝靶实验采集的原始数据分析，利用Matlab编程得到了超高速碰撞2024-T4铝靶产生膨胀等离子体云物理过程中，等离子体的粒子能量密度与带电粒子持续时间及被测点到碰撞点距离的时空分布规律。

为研究超高速碰撞产生闪光的辐射演化特征，利用建立的瞬态光纤高温计测量系统结合二级轻气炮加载系统，进行了4种实验条件下的超高速碰撞实验。每组实验使用一组光纤探头，基于实验所获原始数据结合标定，通过Matlab编程处理得到了给定实验条件及光纤探头安装方案条件下的闪光强度演化，利用比率法得到碰撞闪光的辐射温度演化特征。实验结果表明，在488~667 nm波长范围内超高速碰撞LY12铝靶产生的闪光强度与辐射温度峰值随碰撞角度(与靶板平面的夹角)的增大而减小。

为了获得超高速碰撞产生等离子体粒子密度的时空分布特性，利用点电荷电场的1维理论模型，综合运用质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和麦克斯韦方程，推导出了等离子体在膨胀过程中粒子密度的时空分布规律。通过对超高速碰撞2024-T4铝靶实验采集的原始数据分析，得到了超高速碰撞2024-T4铝靶产生膨胀等离子体云粒子密度的时空演化规律。

综述了国外在超高速碰撞产生等离子体的电磁特性研究方面的现状,主要包括电子温度、等离子体的粒子密度、等离子体的振荡频率及产生的磁场特征等方面。利用等离子体特征参量诊断的扫描Langmuir探针系统、磁感应强度测量的线圈系统及实验系统,进行了超高速碰撞产生等离子体实验, 分析了实验中产生等离子体的电磁特性。

为了研究超高速碰撞过程中产生的膨胀等离子体云的电导率,设计了适用于瞬态等离子体电导率测量的扫描电探针系统。通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸,运用设计的扫描电探针系统分别进行了相同入射角度和不同碰撞速度条件下超高速碰撞产生等离子体电导率的实验测量。通过对探针等效电路的分析,获得了在整个物理过程中给定探针位置处产生膨胀等离子体云的电导率随时间的变化关系。实验结果表明:在碰撞角度(与靶板平面的夹角)相同、传感器布局相同的条件下,碰撞速度越大,产生膨胀等离子体云的电导率相对越大。